CN112008714A - 协同作业机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种协同作业机器人系统，机器人与操作者分担多个部位的作业，并以多个周期重复实施多个部位的作业，包括：作业时间计测部，按周期计测操作者的负责部位整体的作业时间和机器人的负责部位整体的作业时间；增减时差分预测部，预测使操作者的负责部位的数量增减时的操作者和机器人的作业时间的差分；负责部位调整部，在与预测的差分预测值相比，基于在操作者的负责部位的数量维持不变的情况下的由作业时间计测部计测的操作者和机器人的作业时间的差分预测值较大的情况下，在作业时间的差分变小的方向上，增减操作者和机器人的负责部位的数量；负责部位指示部，向操作者指示通过负责部位调整部使负责部位的数量增减后的操作者的负责部位。

Description

协同作业机器人系统

技术领域

本公开涉及一种协同作业机器人系统。

背景技术

已知一种机器人系统，在机器人与操作者分担作业的情况下，当操作者的作业效率下降时，机器人代替操作者执行操作者应执行的作业的一部分(例如，参照专利文献1)。当操作者执行预定作业所花费的时间超过规定时间时，机器人代替操作者执行操作者应执行的作业的一部分，从而抑制生产效率的降低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-227773号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在操作者执行的作业中，由于实际中的作业的难易程度、每天变化的操作者的技能、相同操作者的疲劳度也不相同等的原因，作业效率时时刻刻发生变化。因而，期望不是根据预设的规定时间来变更操作者与机器人的作业分担，而是反映时时刻刻变化的作业效率，从而使作为协同作业机器人系统的整体不会在周期时间上产生偏差。

用于解决问题的手段

本公开的一个方面为一种协同作业机器人系统，机器人与操作者分担多个部位的作业，并以多个周期重复实施所述多个部位的作业，所述协同作业机器人系统包括：作业时间计测部，其按照周期分别计测所述操作者的负责部位整体的作业时间和所述机器人的负责部位整体的作业时间；增减时差分预测部，其对使所述操作者的负责部位的数量增减时的、所述操作者和所述机器人的所述作业时间的差分进行预测；负责部位调整部，其在与由所述增减时差分预测部预测出的差分预测值相比，基于在所述操作者的负责部位的数量由维持不变的情况下的由所述作业时间计测部计测出的所述操作者和所述机器人的所述作业时间的差分预测值较大的情况下，在所述作业时间的差分变小的方向上，增减所述操作者和所述机器人的负责部位的数量；以及负责部位指示部，其向所述操作者指示通过所述负责部位调整部使负责部位的数量增减后的所述操作者的负责部位。

附图说明

图1为表示根据本公开的一个实施方式的协同作业机器人系统的整体结构图。

图2为表示图1的协同作业机器人系统中的工件的示例和负责部位的显示的示例的立体图。

图3为表示图1的协同作业机器人系统的控制装置的框图。

图4为表示图3的控制装置的存储部中存储的操作者的作业时间增减表的一个示例的图。

图5为放大示出图4的作业时间增减表的一部分的图。

图6为放大示出与图5同样的机器人用的作业时间增减表的一部分的图。

图7为对图1的协同作业机器人系统的动作进行说明的流程图。

图8为接着图7的流程图之后的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对根据本公开的一个实施方式的协同作业机器人系统1进行说明。

如图1所示，根据本实施方式的协同作业机器人系统1例如为，由机器人3和操作者P分担执行如下作业的系统，即针对由传送带2输送来的工件W，将螺栓紧固于工件W的多个部位的螺纹孔W1的作业。

协同作业机器人系统1包括：机器人3；以及控制装置4，其对机器人3进行控制。机器人3例如为垂直六轴多关节型机器人，在手腕5的前端具有螺栓紧固用的工具S。

工件W中的作业部位即螺纹孔W1例如如图2所示，在工件W的侧面设置于4个位置，在工件W的上表面设置于12个位置，共计设置于16个位置。

如图3所示，控制装置4包括：按钮6，其由操作者P按下；计时器(作业时间计测部)7，其对时间进行计测；以及机器人控制部8，其对机器人3进行控制。控制装置4还包括：变换时差分预测部(增减时差分预测部)9，其在操作者P的负责部位的数量发生变换时，对操作者P和机器人3的作业时间的差分进行预测；负责部位调整部10，其基于预测出的差分值对负责部位进行调整；以及显示部(负责部位指示部)11。

通过在工件W被输送到作业范围内时，由操作者P按下按钮6，从而产生作业开始信号。通过在操作者P结束了将螺栓紧固于操作者P的负责部位的所有螺纹孔W1的作业的时间点，由操作者P按下按钮6，从而产生操作者P的作业结束信号。

计时器7通过由按钮6的按下而产生的作业开始信号，开始对操作者P的作业时间和机器人3的作业时间的计测。计时器7通过由按钮6的按下而产生的作业结束信号，结束对操作者P的作业时间的计测。计时器7通过从机器人控制部8发出的、表示机器人3对机器人3的负责部位的作业已结束的情况的信号，结束对机器人3的作业时间的计测。

机器人控制部8通过按照预先示教的程序使机器人3进行动作，从而实施将螺栓紧固到指定的负责部位的螺纹孔W1的作业。指定的负责部位将在下文中叙述。与此同时，在结束将螺栓紧固到负责部位的所有螺纹孔W1的作业的时间点，向计时器7发送表示作业结束的信号。机器人控制部8、变换时差分预测部9、以及负责部位调整部10由处理器构成、或者由处理器和存储器构成。

变换时差分预测部9包括：存储部12，其存储作业时间增减表；差分预测值计算部13；以及表更新部14。

在存储部12中，以操作者P的负责部位的数量为基准，存储有操作者P用和机器人3用的两个作业时间增减表。由计时器7计测到的操作者P的作业时间和机器人3的作业时间也存储于存储部12。

如图4所示，在操作者P用的作业时间增减表中，将纵轴设为变换前的操作者P的负责部位的数量、横轴设为变换后的操作者P的负责部位的数量，示出了操作者P的负责部位的数量发生了变换时的操作者P的作业时间的增减预测值。在此，变换分别是指，负责部位的数量增加一个、负责部位的数量减少一个、或者负责部位的数量维持不变。

未图示的机器人3用的作业时间增减表也与图4相同，将纵轴设为变换前的操作者P的负责部位的数量、横轴设为变换后的操作者P的负责部位的数量，示出了操作者P的负责部位的数量发生了变换时的机器人3的作业时间的增减预测值。

在此，参照提取了图4的一部分的图5。

根据图5，在操作者P用的作业时间增减表中，例如在变换前的操作者P的负责部位的数量为n且变换后的操作者P的负责部位的数量为n-1的情况下，操作者P的作业时间的增减预测值为Dp(n，n-1)＝-2.5秒。

在变换后的操作者P的负责部位的数量为n+1的情况下，操作者P的作业时间的增减预测值为Dp(n，n+1)＝+2.6秒。即使在变换前后操作者P的负责部位的数量维持在n个的情况下，由于操作者P的疲劳等，操作者P的作业时间的增减预测值也为Dp(n，n)＝+0.1秒。

在图6所示的机器人3用的作业时间增减表中，例如在变换前的操作者P的负责部位的数量为n且变换后的操作者P的负责部位的数量为n-1的情况下，机器人3的作业时间的增减预测值为Dr(n，n-1)＝+4.0秒。在变换后的操作者P的负责部位的数量为n+1的情况下，机器人3的作业时间的增减预测值为Dr(n，n+1)＝-4.1秒。在变换前后操作者P的负责部位的数量维持在n个的情况下，机器人3的作业时间的增减预测值为Dr(n，n)＝0秒。

在初始状态下，作业时间增减表中设有适当的时间，操作者P所负责的作业部位例如如图2中的斜线所示，被设定为工件W的侧面的四个部位和上表面的六个部位。机器人3所负责的作业部位被设定为图2中的由点划线包围而成的上表面的6部位。因而，在该情况下，操作者P的负责部位的数量为n＝4+6＝10。

差分预测值计算部13接收由计时器7计测到的操作者P和机器人3的作业时间、以及作业时间增减表中存储的作业时间的增减预测值。然后，差分预测值计算部13通过如下算式计算出操作者P的负责部位的数量增加一个的情况下的增加时差分预测值、以及操作者P的负责部位的数量减少一个的情况下的减少时差分预测值，并将任意较小的一方作为第一差分预测值而输出。

α＝|(Tr+Dr(n，n+1))-(Tp+Dp(n，n+1))|+γ

β＝|(Tr+Dr(n，n-1))-(Tp+Dp(n，n-1))|

Td1＝min(α，β)

在此，

α：增加时差分预测值；

β：减少时差分预测值；

Tr：机器人3的作业时间；

Tp：操作者P的作业时间；

Td1：第一差分预测值；

γ：补正量。

补正量γ为基于作业的难易程度而设定的值，作业时间的长度越长、作业时间的偏差越大、作业时的失败次数越多、或者重试次数越多，则补正量γ变得越大。补正量γ例如被设定在0<γ≤3秒的范围内。

对于作业时间的偏差，也可以考虑相同操作者P的作业时间的偏差、以及不同操作者P之间的作业时间的偏差中的任意一者。

差分预测值计算部13根据实际测量的机器人3的作业时间Tr、操作者P的作业时间Tp、以及负责部位的数量维持不变的情况下的操作者P的作业时间的增减预测值Dp(n，n)，从而通过如下算式计算出第二差分预测值Td2。

Td2＝Tr-(Tp+Dp(n，n))

然后，负责部位调整部10对由差分预测值计算部13计算出的第一差分预测值Td1与第二差分预测值Td2的绝对值进行比较。作为比较结果，当第二差分预测值Td2的绝对值大于第一差分预测值Td1时，在机器人3的作业时间与操作者P的作业时间的差分变小的方向上，调整负责部位的数量，并确定新的负责部位。新增减的负责部位的确定方法可以根据预设的规则来确定。

并且，在通过负责部位调整部10调整负责部位的数量的情况下，在显示部11上显示用于指示操作者P的作业负责部位的显示。显示部11例如为监视器。如图2所示，显示部11例如对工件W进行显示，并以与机器人3的作业负责部位不同的颜色来显示操作者P的作业负责部位。

并且，即使在通过负责部位调整部10使操作者P的负责部位的数量增加、减少或维持不变的任意情况下，表更新部14也将该增减预测值更新为过去的多个周期的平均值。

在表更新部14中，过去的多个周期的平均值例如通过以下的方式计算。即，在此次的变换中操作者P的负责部位的数量从i个变换为j个的情况下，使用在上一次的周期内计测出的操作者P的作业时间Tp(i)、以及在此次的周期内计测出的操作者P的作业时间Tp(j)。作为从过去的相同的负责部位的数量i向负责部位的数量j变换时的增减预测值，使用作业时间增减表中存储的增减预测值Dp(i，j)，并通过以下的算式而近似地进行计算。

Dp(i，j)

＝((Tp(i)-Tp(j))+(k-1)Dp(i，j))/k

机器人3的情况下，也同样使用在上一次的周期内计测出的机器人3的作业时间Tr(i)、以及在此次的周期内计测出的机器人3的作业时间Tr(j)。作为从过去的相同的负责部位的数量i向负责部位的数量j变换时的增减预测值，使用作业时间增减表中存储的增减预测值Dr(i，j)，并通过以下的算式而近似地进行计算。

Dr(i，j)

＝((Tr(i)-Tr(j))+(k-1)Dr(i，j))/k

其中，在机器人3的情况下，当i＝j时不进行更新。

如上所述，根据本实施方式的协同作业机器人系统1，如图7所示，通过操作者P按下按钮6(步骤S1)，从而开始计时器7对操作者P的作业时间以及机器人3的作业时间的计测(步骤S2)。机器人控制部8通过按钮6的按下而使机器人3的作业开始(步骤S3)。然后，依次判定机器人3的作业是否已结束(步骤S4)，在结束的时间点向计时器7输出该主旨，并将机器人3的作业时间Tr存储于存储部12(步骤S5)。当机器人3的作业时间Tr被存储时，结束处理。

在执行从步骤S3到步骤S5的处理时，并行执行如下处理：在结束负责部位整体的作业的时间点，操作者P再次按下按钮6(步骤S6)，从而将操作者P的作业时间Tp存储于存储部12(步骤S7)。在第二次的按钮6未被按下的状态下，机器人控制部8判定机器人3的作业时间Tr是否已存储于存储部12(步骤S8)。

在已存储机器人3的作业时间Tr的情况下，差分预测值计算部13接收由计时器7计测到的操作者P和机器人3的作业时间、以及作业时间增减表中存储的作业时间的增减预测值。

然后，差分预测值计算部13计算出操作者P的负责部位的数量增加一个的情况下的增加时差分预测值α、以及操作者P的负责部位的数量减少一个的情况下的减少时差分预测值β(步骤S9)，并将任意较小的一方计算为第一差分预测值Td1(步骤S10)。

差分预测值计算部13接收由计时器7计测到的操作者P和机器人3的作业时间、以及作业时间增减表中存储的作业时间的增减预测值。并且，计算出在操作者P的负责部位的数量维持不变的情况下的操作者P和机器人3的作业时间的第二差分预测值Td2(步骤S11)。

在差分预测值计算部13中计算出的第一差分预测值Td1和第二差分预测值Td2被发送至负责部位调整部10。在负责部位调整部10中，如图8所示，对第一差分预测值Td1与第二差分预测值Td2的绝对值进行比较(步骤S12)，在第一差分预测值Td1小于第二差分预测值Td2的绝对值的情况下，调整负责部位的数量。

负责部位的数量的调整以如下方式进行：确认增加时差分预测值α与减少时差分预测值β的大小关系(步骤S13)，在增加时差分预测值α小于减少时差分预测值β的情况下，使操作者P的负责部位的数量n增加一个(步骤S14)。另一方面，在增加时差分预测值α为减少时差分预测值β以上的情况下，使操作者P的负责部位的数量n减少一个(步骤S15)。

在步骤S12中，在第一差分预测值Td1为第二差分预测值Td2的绝对值以上的情况下，维持负责部位的数量而不进行变更。

负责部位调整部10在使操作者P的负责部位增减的情况下，确定对哪一方的作业部位进行增加或减少，并将其输出至显示部11(步骤S16)。显示部11分颜色显示负责部位调整部10中指定的操作者P的负责部位和机器人3的负责部位。

负责部位调整部10将负责部位的数量的变换发送至表更新部14。表更新部14计算出过去的多个周期内的相同的负责部位的数量的变换中的近似的增减预测值，并对存储部12中存储的作业时间增减表进行更新(步骤S17)。

操作者P按照显示部11所显示的操作者P的作业负责部位，对工件W进行作业。由此，能够将操作者P的作业时间与机器人3的作业时间的差分设为最小。其结果，使得操作者P与机器人3几乎能够同时结束作业负责部位整体的作业，从而实现作业的高效化。并且，具有如下优点：不是根据预设的规定时间来变更操作者P与机器人3的作业分担，而是反映时时刻刻变化的作业效率，从而能够防止作为协同作业机器人系统1的整体在周期时间上产生偏差。

还具有如下优点：能够将使操作者P的负责部位的数量增减时的操作者P和机器人3的作业时间的增减预测值存储于作业时间增减表，从而能够基于存储的增减预测值而容易地计算出作业时间的差分预测值。

作业时间增减表对操作者P的负责部位的数量维持不变时的操作者P的作业时间的增减预测值进行存储，因而即使作业效率因操作者P的疲劳度等而发生变化，也能够防止作为协同作业机器人系统1的整体的作业效率的下降。

还具有如下优点：基于由计时器7计测到的操作者P和机器人3的作业时间，表更新部14对作业时间增减表进行更新，因而能够进行与操作者P的个人差异、作业的种类相适应的作业负责数量的分配。

表更新部14基于在连续的两个周期内计测到的作业时间，计算出作业时间的增减值，并将计算出的多个增减值的平均值更新为新的增减预测值。因而，具有如下优点：能够更新为不易对一个周期内的突发的变化造成影响的增减预测值。

变换时差分预测部9将使操作者P的负责部位的数量增加时的增加时差分预测值、以及使操作者P的负责部位的数量减少时的减少时差分预测值中的任意较小的一方设为第一差分预测值Td1。由此，能够容易地预测出为了使操作者P与机器人3的作业时间的差分最小化而增加操作者P的作业负责数量是不是更好。

在计算增加时差分预测值时，基于作业的难易程度来设定补正值γ。由此，考虑到作业时间的长度越长、作业时间的偏差越大、作业时的失败次数越多、或者重试次数越多，则操作者P的作业时间越大，具有能够计算出符合实际情况的差分预测值的优点。

在本实施方式中，例示了一种协同作业机器人系统1，由机器人3和操作者P分担执行将螺栓紧固于由传送带2输送来的工件W的多个部位的螺纹孔W1的作业，但并不限定于此。

作为机器人3，例示了垂直六轴多关节型机器人，但机器人3的类型、轴的数量等的构造并不限定于此。

在本实施方式中，作为新的增减预测值，采用了过去多个增减预测值的平均值。但取而代之地，也可以对上一次周期和此次周期内的操作者P和机器人3的作业时间的变化量(差分值)、与已经存储于作业时间增减表的增减预测值进行比较，并将较大的一方即最大值更新为新的增减预测值。

在本实施方式中，作为显示部11而例示了监视器，但取而代之地，也可以利用投影映射而在实际的工件W上投影显示操作者P的负责部位。除了在作为显示部11的监视器上显示图2那样的工件W自身的情况以外，也可以显示示意化的负责部位或者表示负责部位的数字或者标记等。

在本实施方式中，将表示操作者P的负责部位的数量与作业时间的增减预测值的关系的作业时间增减表存储于存储部12，但并不限定于此。例如，变换时差分预测部9也可以通过机械学习而对操作者P以及机器人3的作业时间的差分进行预测。

作为在机械学习中使用的学习参数，可以列举：

1.实际情况(作业时间、作业时的失败次数、以及重试次数)；

2.生物体信息(瞳孔的明亮情况或者体温等)；

3.环境信息(室温、湿度、连续作业时间等)；

4.属性信息(年龄、性别、操作经验年数、居住地以及通勤时间等)。

通过检测或者输入上述一个以上的学习参数，从而能够精度良好地预测作业负责数量，作业负责数量为使操作者P和机器人3的作业时间的差分最小的值。

在该情况下，操作者P与机器人3也可以包括：各自对分担执行作业的多个作业站、对各作业站进行连接的网络、以及与网络连接的管理部。在该情况下，管理部具有变换时差分预测部9，变换时差分预测部9也可以基于经由网络而从各作业站提取的信息，从而进行机械学习。

附图标记说明

1：协同作业机器人系统

3：机器人

7：计时器(作业时间计测部)

9：变换时差分预测部(增减时差分预测部)

10：负责部位调整部

11：显示部(负责部位指示部)

13：差分预测值计算部

14：表更新部

α：增加时差分预测值

β：减少时差分预测值

P：操作者

Claims (10)

1.一种协同作业机器人系统，机器人与操作者分担多个部位的作业，并以多个周期重复实施所述多个部位的作业，所述协同作业机器人系统的特征在于，包括：

作业时间计测部，其按照周期分别计测所述操作者的负责部位整体的作业时间和所述机器人的负责部位整体的作业时间；

增减时差分预测部，其对使所述操作者的负责部位的数量增减时的、所述操作者和所述机器人的所述作业时间的差分进行预测；

负责部位调整部，其在与由所述增减时差分预测部预测出的差分预测值相比，基于在所述操作者的负责部位的数量维持不变的情况下的由所述作业时间计测部计测出的所述操作者和所述机器人的所述作业时间的差分预测值较大的情况下，在所述作业时间的差分变小的方向上，增减所述操作者和所述机器人的负责部位的数量；以及

负责部位指示部，其向所述操作者指示通过所述负责部位调整部使负责部位的数量增减后的所述操作者的负责部位。

2.根据权利要求1所述的协同作业机器人系统，其特征在于，

所述增减时差分预测部包括：

作业时间增减表，其对使所述操作者的负责部位的数量增减时的所述操作者和所述机器人的所述作业时间的增减预测值进行存储；以及

差分预测值计算部，其基于所述作业时间增减表中存储的所述增减预测值，计算出所述作业时间的差分预测值。

3.根据权利要求2所述的协同作业机器人系统，其特征在于，

所述作业时间增减表对所述操作者的负责部位的数量维持不变时的所述操作者的所述作业时间的所述增减预测值进行存储。

4.根据权利要求2或3所述的协同作业机器人系统，其特征在于，

所述协同作业机器人系统包括表更新部，所述表更新部基于由所述作业时间计测部计测到的所述操作者和所述机器人的所述作业时间，对所述作业时间增减表进行更新。

5.根据权利要求4所述的协同作业机器人系统，其特征在于，

所述表更新部基于在连续的两个周期内由所述作业时间计测部计测到的所述作业时间计算出所述作业时间的增减值，并将计算出的多个所述增减值的平均值更新为新的增减预测值。

6.根据权利要求4所述的协同作业机器人系统，其特征在于，

所述表更新部基于在连续的两个周期内由所述作业时间计测部计测到的所述作业时间计算出所述作业时间的增减值，并将计算出的多个所述增减值的最大值更新为新的增减预测值。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的协同作业机器人系统，其特征在于，

所述增减时差分预测部将使所述操作者的负责部位的数量增加时的增加时差分预测值、与使所述操作者的负责部位的数量减少时的减少时差分预测值中的任意较小的一方，设为所述差分预测值。

8.根据权利要求7所述的协同作业机器人系统，其特征在于，

所述增减时差分预测部根据作业的难易程度对所述增加时差分预测值进行补正。

9.根据权利要求1所述的协同作业机器人系统，其特征在于，

所述增减时差分预测部通过机械学习来预测所述操作者和所述机器人的所述作业时间的差分。

10.根据权利要求9所述的协同作业机器人系统，其特征在于，包括：

多个作业站，其供所述机器人与所述操作者各自分担执行作业；

网络，其对各所述作业站进行连接；以及

管理部，其与所述网络连接，

在所述管理部中具有所述增减时差分预测部，

所述增减时差分预测部基于经由所述网络而从各所述作业站提取的信息进行机械学习。

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